光電效應(yīng)法測普朗克常量

1、實驗題目：光電效應(yīng)法測普朗克常量實驗?zāi)康模?.了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律；2.用光電效應(yīng)方法測量普朗克常量和測定光電管的光電特性曲線。實驗原理：當(dāng)光照在物體上時，光的能量僅部分地以熱的形式被物體吸收，而另一部分則轉(zhuǎn)換為物體中某些電子的能量，使電子逸出物體外表，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，逸出的電子稱為光電子。在光電效應(yīng)中，光顯示出它的粒子性質(zhì)，所以這種現(xiàn)象對認識光的本性，具有極其重要的意義。光電效應(yīng)實驗原理如圖-1所示。1.光電流與入射光強度的關(guān)系光電流隨加速電位差U的增加而增加，加速電位差增加到一定量值后，光電流到達飽和值和值Ih,飽和電流與光強成正比，而與入射光的頻率無關(guān)。當(dāng)U=Ua-Uk變成負值時

2、,光電流迅速減小。實驗指出，有一個遏止電位差Ua存在，當(dāng)電位差到達這個值時，光電流為零。2.光電子的初動能與入射頻率之間的關(guān)系光電子從陰極逸出時，具有初動能，在減速電壓下，光電子逆著電場力方向由K極向A極運動。當(dāng)U=Ua時，光電子不再能到達A極，光電流為零。所以電子的初動能等于它克服電場力作用的功。即1mv2eUa12根據(jù)愛因斯坦關(guān)于光的本性的假設(shè)，光是一粒一粒運動著的粒子流，這些光粒子稱為光子。每一光子的能量為hv,其中h為普朗克常量，v為光波的頻率。所以不同頻率的光波對應(yīng)光子的能量不同。光電子吸收了光子的能量hv之后，一部分消耗于克服電子的逸出功A,另一部分轉(zhuǎn)換為電子動能。由能量守恒定律可

3、知.12hv-mvA22式2稱為愛因斯坦光電效應(yīng)方程。由此可見，光電子的初動能與入射光頻率v呈線性關(guān)系，而與入射光的強度無關(guān)。3.光電效應(yīng)有光電存在實驗指出，當(dāng)光的頻率VVo時，不管用多強的光照射到物質(zhì)都不會產(chǎn)生光電效應(yīng),A據(jù)式2，Vo,諾稱為紅限。h愛因斯坦光電效應(yīng)方程同時提供了測普朗克常量的一種方法：由式1和2可得:hveU0A,當(dāng)用不同頻率vi,V2,V3,，M的單色光分別做光源時，就有hvieUihv2eU2hVneUnA任意聯(lián)立其中兩個方程就可得到3e(UiUj)hViVj由此假設(shè)測定了兩個不同頻率的單色光所對應(yīng)的遏止電位差即可算出普朗克常量h,也可由»U直線的斜率求出ho

4、因此，用光電效應(yīng)方法測量普朗克常量的關(guān)鍵在于獲得單色光、測得光電管的伏安特性曲線和確定遏止電位差值。實驗中，單色光可由水銀燈光源經(jīng)過單色儀選擇譜線產(chǎn)生。表-1可見光區(qū)汞燈強譜線波長/nm頻率/1014Hz顏色黃黃綠藍紫近紫外為了獲得準確的遏止電位差值，本實驗用的光電管應(yīng)該具備以下條件：(1) 對所有可見光譜都比較靈敏。(2) 陽極包圍陰極，這樣當(dāng)陽極為負電位時，大部分光電子仍能射到陽極。(3) 陽極沒有光電效應(yīng)，不會產(chǎn)生反向電流。(4) 暗電流很小。但是實際使用的真空型光電管并不完全滿足以上條件。由于存在陽極光電效應(yīng)所引起的反向電流和暗電流即無光照射時的電流，所以測得的電流值，實際上包括上述兩

5、種電流和由陰極光電效應(yīng)所產(chǎn)生的正向電流三個部分，所以伏安曲線并不與U軸相切。由于暗電流是由陰極的熱電子發(fā)射及光電管管殼漏電等原因產(chǎn)生，與陰極正向光電流相比，其值很小，且基本上隨電位差U呈線性變化，因此可忽略其對遏止電位差的影響。陽極反向光電流雖然在實驗中較顯著，但它服從一定規(guī)律。據(jù)此，確定遏止電位差值，可采用以下兩種方法：(1) 交點法光電管陽極用逸出功較大的材料制作，制作過程中盡量防止陰極材料蒸發(fā)，實驗前對光電管陽極通電，減少其上濺射的陰極材料，實驗中防止入射光直接照射到陽極上，這樣可使它的反向電流大大減少，其伏安特性曲線與圖-2十分接近，因此曲線與U軸交點的電位差值近似等于遏止電位差Ua,

6、此即交點法。拐點法光電管陽極反向光電流雖然較大，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，假設(shè)使反向光電流能較快地飽和，則伏安特性曲線在反向電流進入飽和段后有著明顯的拐點，如圖-3所示，此拐點的電位差即為遏止電位差。-3存在反向電流齡咒電警伏安特性曲踐實驗內(nèi)容:通過實驗了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律，并用光電效應(yīng)法測量普朗克常量。PA,固定此距離，不需再變動。分別測365nm405nm,546nm,577nm的V-I特性曲線，從-3V到25V,拐點處測量盡量小裝上577nm濾色片，在光源窗口分別裝上透光率為25%,50%,75%勺遮光片，加20V電壓，測量飽和光電流Im和照射光強度的關(guān)系，作出Im光強曲線。一V關(guān)系曲線，計算紅

7、限頻率和普朗克常數(shù)h,與標準值進行比較。實驗數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理：U/V-3.00-2.00-1.40-1.30-1.25-1.21-1.19-1.15-1.10-1.05-1.00I/引-0.3-0.2-0.10.00.00.00.10.10.20.30.4U/V-0.95-0.90-0.80-0.50-0.200.201.002.003.005.08.0I/"0.50.60.81.62.95.07.69.210.111.311.9U/V10.012.515.017.020.022.025.0I/12.012.312.312.512.712.812.9表一：365nm光下電壓和光電流U/

8、V-3.00-2.50-2.00-1.20-1.10-1.03-1.00-0.90-0.80-0.78-0.70I/11-0.1-0.1-0.1-0.1-0.10.00.00.00.10.20.3U/V-0.64-0.52-0.33-0.100.000.300.500.981.391.712.00I/110.40.81.62.83.44.75.46.67.37.78.1U/V2.352.683.005.06.57.510.014.517.025.0I/回8.48.68.79.49.69.79.910.010.110.3表二：405nm光下電壓和光電流U/V-3.00-2.00-1.50-1.0

9、0-0.90-0.80-0.77-0.75-0.73-0.70-0.68I/11'-0.1-0.1-0.1-0.10.00.00.00.00.10.10.1U/V-0.65-0.60-0.54-0.50-0.43-0.33-0.22-0.100.000.691.40I/0.20.30.40.50.81.21.82.53.05.97.3U/V1.701.902.302.603.005.07.510.015.020.025.0I/11'7.78.08.48.68.99.69.910.010.210.310.5表三：436nm光下電壓和光電流U/V-3.00-1.80-1.40-1.

10、30-1.10-0.90-0.60-0.56-0.50-0.48-0.42I/囹-0.1-0.1-0.10.00.00.00.00.00.00.10.2U/V-0.30-0.200.000.200.500.801.001.301.501.802.00I/110.81.42.43.44.55.35.86.46.77.17.4U/V2.402.603.005.07.09.011.013.515.020.025.0I/7.98.18.29.49.89.910.110.210.310.410.5表四：546nm光下電壓和光電流U/V-3.00-2.00-1.50-1.00-0.80-0.60-0.56

11、-0.50-0.46-0.41-0.38I/I1'-0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.10.2U/V-0.34-0.28-0.20-0.100.000.100.300.500.700.901.10I/I1'0.30.50.81.21.62.02.62.93.33.63.8U/V1.401.702.002.303.005.07.012.519.020.025.0I/I114.14.34.64.85.05.45.55.75.85.85.8表五：577nm光下電壓和光電流透光率100%75%50%25%0%I"'5.94.73.01.70.0表六：在不同透光率下的飽和光電流577nm光下UaVI/10A-6ASmoothedY214U/V圖一：365nm光下光電管的伏安特性曲線UaVI/10A-6ASmoothedY1圖三：436nm光下光電管的伏安特性曲線U/VUa=-0.72VUa=-0.22VUaV做Ulv關(guān)系曲線，計算紅限頻率和普朗克常數(shù)h,與標準值進行比較。一系列1線性（系列1）hek3.0010151.601019Js4.801034JsA5.001014Hz6.634.80h%27.60%6.63R0.99621/